يعمل محرك صغير كما لو كان يتم تسخينه بأقوى 2000 مرة من الشمس

إن المحرك الأكثر سخونة في العالم صغير بشكل لا يصدق ، ويصل إلى فعالية مستحيلة على ما يبدو ويمكن أن يكون بمثابة تناظرية لأصغر آلات الطبيعة.

المحرك الديناميكي الحراري هو أبسط آلة يمكن أن تظهر كيف تحدد قوانين الفيزياء تحويل الحرارة إلى عمل مفيد. له جزء ساخن والجزء البارد متصل بواسطة جسم عاملة ، والذي يضغط ويتوسع.

ابتكر مولي ميساج وجيمس ميلن من الكلية الملكية في لندن وزملاؤهم واحدة من أكثر المحركات غير العادية التي يلعب فيها دور الهيئة العاملة من قبل حبة زجاجية مجهرية. نتائج يتم قبول التجارب المثيرة للنشر في رسائل المراجعة البدنية.

أجريت التجارب في غرفة صغيرة من المعدن والزجاج ، خالية تماما من الهواء. تم رفع الخرزة فيه ، معلقة في حقل كهربائي. لبدء المحرك ، قام المجربون بتنظيم خصائص الحقل من أجل تعزيز أو إضعاف “قبضته” على الحبوب.

عملت جسيمات الهواء المتبقية القليلة في الغرفة كجزء بارد من المحرك ، ولعبت الانفجارات التي يتم التحكم فيها في المجال الكهربائي دور جزء ساخن. أجبرت هذه الرشقات الجسيم لفترة قصيرة على التحرك بشكل أسرع بكثير من جزيئات الهواء القليلة المحيطة به. نظرًا لأن الجزيئات الأكثر سخونة تتحرك بشكل أسرع (على سبيل المثال ، في الغاز) ، تصرفت الجسيم الزجاجي هنا كما لو أن درجة حرارته ارتفعت على الفور إلى 10 ملايين من كلفنز ، والتي تزيد حوالي 2000 مرة من درجة حرارة السطح ، على الرغم من أنها ستكون باردة للمس.

كان المحرك مع ميكروبوس زجاجي بطريقة غير عادية للغاية. خلال بعض الدورات ، بدا من المستحيل من وجهة نظر الكفاءة: تحركت حبة الزجاج بشكل أسرع من المتوقع ، بالنظر إلى قوة المجال الكهربائي. هذا يعني أن المحرك أصدر بالفعل طاقة أكثر مما تلقاه. في دورات أخرى ، أصبحت الفعالية سلبية ، كما لو كانت حبة تبريد في الظروف التي كان ينبغي أن تجعلها ساخنة للغاية.

يقول Message: “في بعض الأحيان تعتقد أنك تستثمر الطاقة الصحيحة ، وتستخدم الآليات الصحيحة لتشغيل محرك الحرارة ، وفي النهاية تحصل على ثلاجة”.

تغيرت درجة حرارة الخرزة أيضًا اعتمادًا على موقعها في الغرفة ، والتي كانت غير متوقعة ، حيث تم بناء المحرك بحيث كان من المفترض أن يكون لديه درجة حرارة إما الجزء الساخن أو البارد من المحرك.

يمكن تفسير هذه الشذوذ من خلال حجم المحرك: إنه صغير جدًا لدرجة أنه حتى الصدام العرضي الواحد من جسيم الهواء مع حبة يمكن أن يغير بشكل جذري تشغيل المحرك – بما في ذلك تحوله المؤقت إلى الثلاجة ، كما أوضح ميلن. القوانين التقليدية للفيزياء التي تحظر هذا السلوك في المتوسط ​​، ولكن الأحداث المتطرفة لا تزال تحدث.

وفقًا لـ Millen ، ينطبق الشيء نفسه على المكونات المجهرية للخلايا: “يمكننا ملاحظة كل هذا السلوك الديناميكي الحراري الغريب الذي يكون بديهيًا تمامًا إذا كان بكتيريا أو بروتين ، ولكنه ببساطة غير محلي إذا كان قطعة كبيرة من اللحم ، مثلنا”.

قال البروفيسور راؤول ريك من جامعة غرناطة في إسبانيا ، إن المحرك الجديد ليس له تطبيق عملي ، لكنه سيساعد على فهم أفضل للآليات البيولوجية الطبيعية.

هذا إنجاز تقني بلا شك ، يقدره الفيزيائي Loik Rondan من جامعة باريس: تمكن العلماء من التحقيق في العديد من الخصائص غير المعتادة للعالم المجهري باستخدام تصميم بسيط نسبيًا.

وقال “تلقينا تبسيطًا كبيرًا للأنظمة البيولوجية التي يمكنك إجراء تجارب لاختبار بعض النظريات”.

في المستقبل ، يعتزم الفريق استخدام المحرك بهذه الطريقة – على سبيل المثال ، لمحاكاة تغيير في طاقة البروتين عند طيه.